本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于SoC系統(tǒng)的自適應(yīng)動態(tài)功耗管理模塊設(shè)計

  更多相關(guān)文章： SoC 動態(tài)功耗管理 低功耗設(shè)計 時鐘管理 電源門控

【摘要】：隨著集成電路設(shè)計技術(shù)的高速發(fā)展和集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步,嵌入式產(chǎn)品性能要求不斷提高,片上系統(tǒng)(SoC)芯片的設(shè)計復(fù)雜度越來越高,系統(tǒng)的功耗也隨之不斷增加。與此同時,電池儲能技術(shù)沒有取得突破性進(jìn)展,這使得低功耗設(shè)計成為SoC設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)。本文首先以一個CMOS反相器為例,介紹了CMOS集成電路中功耗的來源及原理,主要包括開關(guān)功耗、短路功耗和漏電功耗,并且分別從原理上分析了可用于降低這些功耗的低功耗手段。其次,本文還對SoC設(shè)計中主流的低功耗設(shè)計方法做了進(jìn)一步的研究,主要包括動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)、門控時鐘、門控電源和動態(tài)功耗管理技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng),它能夠根據(jù)硬件監(jiān)測系統(tǒng)對SoC各資源使用情況的反饋,按照事先配置的工作點轉(zhuǎn)換策略,利用多種SoC低功耗手段,調(diào)整片上系統(tǒng)各模塊的工作狀態(tài),在滿足性能需求的情況下達(dá)到降低功耗的目的,并基于杭州中天微系統(tǒng)有限公司的CK802高能效SoC平臺,對該自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計實現(xiàn)。主要包括對SoC平臺的電壓域劃分、SoC系統(tǒng)的多種低功耗模式定義以及自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)中功耗管理單元和監(jiān)測單元等各個組成部分的具體設(shè)計與實現(xiàn)。最后,本文對基于CK802高能效SoC平臺所設(shè)計實現(xiàn)的自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)進(jìn)行了仿真測試。2048位RSA解密應(yīng)用的測試結(jié)果表明,在性能幾乎相同的情況下,使用自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)進(jìn)行合理的工作點配置,將空閑模塊的時鐘和電源關(guān)斷后,能使SoC系統(tǒng)的功耗降低約42%,并且在SMIC55工藝下,該SoC系統(tǒng)的最低待機功耗達(dá)到了0.002mW。與此同時,本文所設(shè)計實現(xiàn)的自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)在CK802高能效SoC平臺中所占的面積只有約3.5%。
【關(guān)鍵詞】：SoC 動態(tài)功耗管理 低功耗設(shè)計 時鐘管理 電源門控
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN47
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 引言12-15
• 1.1 集成電路及SoC的發(fā)展12-13
• 1.2 SoC低功耗設(shè)計的必要性13-14
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容14
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)14-15
• 第2章 功耗來源及原理15-19
• 2.1 開關(guān)功耗15-16
• 2.2 短路功耗16-17
• 2.3 漏電功耗17
• 2.4 小結(jié)17-19
• 第3章 SoC功耗優(yōu)化方法19-24
• 3.1 動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)19-20
• 3.2 門控時鐘20-21
• 3.3 門控電源21-22
• 3.4 動態(tài)功耗管理22-23
• 3.5 小結(jié)23-24
• 第4章 自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)24-28
• 4.1 自適應(yīng)的動態(tài)功耗管理系統(tǒng)架構(gòu)定義24-26
• 4.2 軟硬件系統(tǒng)整體架構(gòu)26-27
• 4.3 小結(jié)27-28
• 第5章 自適應(yīng)動態(tài)功耗管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)28-63
• 5.1 CK802高能效SoC平臺介紹28-34
• 5.1.1 SoC平臺整體架構(gòu)28-29
• 5.1.2 SoC平臺的特性29-30
• 5.1.3 SoC平臺的時鐘和復(fù)位30-34
• 5.2 電壓域劃分34-35
• 5.3 系統(tǒng)低功耗模式35-37
• 5.4 功耗管理單元的設(shè)計37-60
• 5.4.1 時鐘管理單元38-48
• 5.4.2 門控電源管理單元48-51
• 5.4.3 功耗管理控制單元51-57
• 5.4.4 Cache動態(tài)配置單元57-58
• 5.4.5 映射單元58-60
• 5.5 監(jiān)測單元的設(shè)計60-62
• 5.6 小結(jié)62-63
• 第6章 實驗結(jié)果與分析63-67
• 6.1 正常工作模式63-64
• 6.2 低功耗模式64-66
• 6.3 面積評估66
• 6.4 小結(jié)66-67
• 第7章 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 作者簡歷71
• 在學(xué)期間科研成果71

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本文編號：959208